Местная система

Не только Вильям Гершель, но и некоторые его предшественники высказывали предположение, что часть светлых туманностей на небе представляют собой другие звездные системы, подобные Галактике. Лорд Росс даже сумел в свой огромный телескоп рассмотреть спиральную структуру некоторых из них. Но все это были ничем не подкрепленные догадки, и дискуссия об истинной природе "подозрительных" туманностей захватила почти всю первую четверть текущего века.

Лишь в 1924 г. американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953) при помощи 100-дюймового рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон сумел "разложить" на отдельные звезды спиральные ветви туманностей Андромеды и Треугольника. Среди этих звезд оказались цефеиды - переменные звезды, период изменения светимости которых однозначно определяет абсолютное значение их светимости. Как уже говорилось, зная абсолютную и видимую яркость звезды, легко вычислить расстояние до нее. Так впервые удалось доказать, что обе туманности лежат далеко за пределами Галактики. Постепенно, в борьбе разных идей, родилась новая отрасль науки - внегалактическая астрономия^*.

_*(См. подробнее: Ефремов Ю. Н. В глубины Вселенной.- М.: Наука, 1984. )

Сегодня известно великое множество галактик. На некоторых участках неба их видно больше, чем звезд. До самых дальних из них луч света доходит лишь за миллиарды лет. Естественно, что изучение мира галактик началось с ближайших из них, которые вместе с нашей Галактикой образуют Местную систему из 34 галактик. Нет оснований полагать, что этот участок мироздания чем-либо уникален. Поэтому знакомство с Местной системой в какой-то мере покажет то типичное, что характерно для звездных систем. Начнем мы это знакомство со спутников нашей Галактики, именуемых Магеллановыми Облаками.

На южном звездном небе в созвездиях Тукана и Золотой Рыбы видны два небольших светлых клочковатых облачка. Большее из них напоминает знакомое по школьным урокам физики сегнерово колесо, а меньшее - тренировочную боксерскую грушу. Оба облака можно было бы, пожалуй, принять за дождевые облака, но уже несколько минут наблюдений покажут, что форма и вид их остаются неизменными, а по расположению они прочно связаны с остальным звездным небом.

Медленно совершают они свое обращение вокруг южного полюса мира. Не отмеченная какой-нибудь яркой звездой, подобной Полярной, эта точка небосвода образует вместе с двумя странными облаками вершины почти равностороннего треугольника- обстоятельство, известное уже древним морякам.

Когда Магеллан совершал свое путешествие, его спутник и биограф Пигафетта впервые подробно описал странные облака, с тех пор и получившие название Магеллановых. Оба облака похожи на оторванные куски Млечного Пути. Сходство здесь не только внешнее - Магеллановы Облака действительно представляют собой огромные облака из звезд.

Видимые размеры Магеллановых Облаков достаточно внушительны (рис. 83). Большое Облако имеет поперечник в 12°, что в 24 раза превышает видимый поперечник Луны; наибольший диаметр Малого Облака близок к 8°. Впрочем, наиболее яркие, бросающиеся в глаза их чаПсти значительно меньше.

Рис. 83. Магеллановы Облака (Малое - сверху, Большое - внизу)

Магеллановы Облака включают в себя десятки тысяч звезд, среди которых известно свыше 2000 переменных, многие десятки звездных скоплений и туманностей. И самое замечательное - это то, что оба Облака находятся вне нашей Галактики. Около 182 000 лет требуется солнечному лучу, чтобы дойти от нас до Магеллановых Облаков, тогда как расстояние между их центрами почти втрое меньше.

Кажущиеся на небе небольшими облачками, Магеллановы Облака на самом деле колоссальны. Большое Облако имеет поперечник около 40 000 св. лет, Малое - около 13 000 св. лет. Если бы не относительная их близость к нашей Галактике, мы имели бы все основания считать Магеллановы Облака самостоятельными звездными системами.

На самом деле Магеллановы Облака вместе с нашей Галактикой образуют кратную систему из трех галактик, связанную не только динамически, т. е. взаимным тяготением, но и непосредственно. Оба Облака постепенно "сходят на нет", и указать их точные границы невозможно. Скорее всего, Магеллановы Облака взаимно проникают друг в друга. А кроме того, от Большого Магелланова Облака к нашей Галактике тянется гигантская перемычка из звезд, своеобразный "звездный коридор", вроде тех, которые в последние годы обнаружены у многих галактик. Наконец, не исключено, что все три звездные системы погружены в чрезвычайно разреженную общую газовую вуаль, часть которой воспринимается нами как галактическая газовая корона.

По строению и составу Магеллановы Облака не одинаковы. В Большом Облаке замечены черты спиральной структуры, характерной для многих галактик, в Малом Облаке этого нет. Кроме того, Большое Облако изобилует газовыми и пылевыми туманностями, тогда как Малое на редкость прозрачно.

Недавно удалось подметить, что оба Облака очень медленно вращаются вокруг некоторых осей. Кроме того, вполне возможно, что все три галактики - наша и два Магеллановых Облака - обращаются в еще более замедленном темпе вокруг общего центра масс!. В общем, здесь в гигантских масштабах воспроизводятся те движения, которые хорошо известны по наблюдениям кратных звезд. Доминирующая роль нашей Галактики (и по массе, и по размерам) дает основание называть ее главным телом, а Магеллановы Облака - спутниками.

В каждой звездной системе, как и в каждом городе, есть свои достопримечательности. Разумные обитатели Магеллановых Облаков (если таковые существуют) могут гордиться тем, что в их звездных системах есть по крайней мере два исключительных, уникальных объекта - необычайная звезда S, наблюдаемая нами в созвездии Золотой Рыбы, и колоссальная газовая туманность (того же созвездия), крупнее которой мы не знаем. До последнего времени звезда S Золотой Рыбы считалась самой яркой из известных звезд. Теперь, правда (такова судьба всех чемпионов), она уступила первенство звезде ξ Скорпиона. Однако, несмотря на это, экс-чемпион не может не вызвать изумление. Попробуйте представить себе звезду, по сравнению с которой Солнце выглядит так же скромно, как свечка рядом с прожектором! Этот звездный великан оказался двойной звездой, причем каждый из ее компонентов, будучи помещен на место Солнца, занял бы такое пространство, что Земля очутилась бы внутри него! В довершение ко всему оба исполина являются голубоватыми, очень горячими переменными звездами.

В Большом Магеллановом Облаке есть газовая яркосветящаяся туманность, числящаяся в каталоге Мессье под номером 30. В ее центре, внутри объема поперечником около 100 св. лет, разбросаны многие десятки сверхгигантских голубых звезд, чей мощный свет и является причиной свечения туманности. Сама же туманность имеет в диаметре не менее 700 св. лет. Если бы ее можно было поместить на то место, где видна туманность Ориона, то это колоссальнейшее газовое облако заняло бы все созвездие, а свет, излучаемый им, был бы так интенсивен, что все земные предметы отбрасывали бы заметные тени. Подсчеты говорят, что вещества, которое содержится в туманности из созвездия Золотой Рыбы, вполне хватило бы на изготовление тысяч Солнц.

Магеллановы Облака, к сожалению, недоступны для наблюдений в большей части северного полушария Земли, там, где сосредоточены главнейшие обсерватории. Из-за этого наши знания об их природе еще очень ограниченны.

Совсем по соседству с нами, как бы для того, чтобы избавить нас от неоправданного самомнения, природа поместила исполинскую звездную систему, не только превосходящую нашу, но, по-видимому, и вообще одну из самых крупных - туманность Андромеды.

Первые наблюдатели туманности (XVII в.) сравнивали ее с пламенем свечи, рассматриваемым сквозь роговую пластинку. Те, кто наблюдал туманность Андромеды в бинокль, согласятся, что это образное сравнение не лишено оснований. Однако то, что видит глаз, есть не вся туманность Андромеды, а только ее небольшая, самая яркая сердцевина.

На фотоснимках, полученных при помощи мощных телескопов, туманность Андромеды гораздо больше - ее площадь почти в 7 раз превосходит видимую площадь диска Луны. Но и это еще не все. Чрезвычайно чувствительные к свету приборы - денситометры - улавливают следы туманности на угловом расстоянии в 210' (или в 3,5°) от ее ядра!

Это означает, что на самом деле туманность Андромеды занимает на небе область, по диаметру в 14 раз, а по площади почти в 200 раз. больше полной Луны. Помещенная на фоне ковша Большой Медведицы, туманность Андромеды заполнила бы его почти целиком! Как жаль, что из-за вуалирующего действия земной атмосферы и слабости наших глаз мы лишены этого великолепного зрелища!

Расстояние до туманности Андромеды определяется достаточно уверено по тем переменным звездам, которые ей принадлежат. Оно составляет около 2,2 млн. св. лет. Истинный поперечник туманности Андромеды (300 000 св. лет) значительно превышает диаметр нашей Галактики.

Фотоснимки туманности Андромеды (рис. 84), пожалуй, не менее популярны, чем знаменитая картина Шишкина "Утро в сосновом бору". Поэтому читателю, вероятно, хорошо знаком "фотопортрет" этой звездной спирали, повернутой к нам и не в профиль, и не в анфас, а, как говорят, вполоборота.

Рис. 84. Туманность Андромеды

Между галактикой в Андромеде и нашей звездной системой много общего. И там, и у нас миллиарды звеЗд как постоянных, так и переменных. В туманности Андромеды видны десятки шаровых звездных скоплений, являющихся характерной принадлежностью и нашей Галактики. Есть в ней и газовые туманности, и поглощающая лучи света межзвездная пыль. А главное, по своему строению, по всему своему внешнему облику туманность Андромеды представляет собой подобие нашей звездной системы.

Являясь крупнейшей из близких к нам галактик, туманность Андромеды, как и положено по ее рангу, имеет свиту в виде нескольких спутников. Два из них видны на всех фотографиях туманности. Они напоминают непомерно увеличенные шаровые звездные скопления, причем их поперечники близки к 4 000 св. лет (поперечник самого большого шарового звездного скопления в десятки раз меньше). Два других спутника имеют такую же структуру, но поперечники их раза в полтора меньше.

Галактика-карлик из созвездия Скульптора также принадлежит к Местной системе. Для нее характерны разреженность и прозрачность, отсутствие рассеянных звездных скоплений и туманностей как газовых, так и пылевых. Находясь внутри этой системы, мы без особого труда могли бы изучить ее строение. Галактика в Скульпторе почти втрое дальше Магеллановых Облаков. А ее диаметр в 50 раз меньше поперечника нашей Галактики.

Вскоре после открытия туманности в Скульпторе был сфотографирован еще один подобный объект. Галактика из созвездия Печи почти втрое дальше, чем туманность Скульптора. Но, как и последняя, она оказалась близкой к нам карликовой звездной системой.

Галактика из созвездия Печи по диаметру в два с лишним раза больше туманности Скульптора - ее поперечник близок к 6 000 св. лет. Общее число звезд оценить в ней труднее, чем в предыдущем случае. Галактика из созвездия Печи имеет большую концентрацию звезд, что затрудняет подсчеты. К ней принадлежит несколько шаровых скоплений, похожих на те, которые мы встречаем и в нашей Галактике.

Измерив энергию света, посылаемого галактикой из созвездия Печи, можно подсчитать, сколько бы солнц, подобных нашему, могли дать световой поток такой же мощности. Из этих соображений установлено, что звезд в галактике из созвездия Печи почти в 4 раза больше, чем в туманности Скульптора. Вообще этот карлик является более крупной звездной системой.

Две гигантские галактики - нашу и туманность Андромеды - окружают еще несколько карликовых звездных систем. К ним относится, например, так называемая галактика Барнарда - маленькое тусклое пятнышко на богатом звездами южном небе. Она расположена к нам в 1,6 раза ближе туманности Андромеды, но имеет видимый диаметр в 23 раза меньший, чем эта гигантская звездная система.

По действительным размерам галактика Барнарда - типичный карлик, лишь слегка превосходящий туманность Скульптора. Но, в отличие от последней, галактика Барнарда не имеет геометрически правильной формы. Внешне она напоминает какой-то висящий в пространстве клочок светящегося тумана. Эта карликовая звездная система была обнаружена еще в 1884 г., но только через четыре десятилетия стало ясно, что в данном случае мы имеем дело с образованием, расположенным за пределами Млечного Пути.

Галактика Барнарда по своему строению и природе сходна с Магеллановыми Облаками, но уступает им по размерам в несколько раз. Многие из ее звезд погружены в обширные газовые туманности.

Среди наших карликовых соседей упомянем еще галактику, обозначенную в одном из каталогов символом IС1613. Она находится от нас дальше туманности Андромеды на 80 000 св. лет, но по своей природе вполне сходна с соседними карликовыми галактиками. Всего около 2,5 млн. солнц составляют эту звездную систему, что выглядит очень скромно рядом с многочисленным звездным населением Млечного Пути.

К Местной системе относится также и туманность из созвездия Треугольника. По своим размерам туманность Треугольника занимает промежуточное положение между гигантскими и карликовыми галактиками. Это самостоятельная галактика, с прекрасно развитыми звездными спиралевидными ветвями, выходящими из небольшого ядра. Газовые туманности, принадлежащие галактике из созвездия Треугольника, по своим спектрам ничем не отличаются от газовых туманностей нашей Галактики. Короче говоря, в созвездии Треугольника мы видим как бы уменьшенную копию гигантских галактик типа туманности Андромеды.

Местная система галактик занимает огромный объем пространства поперечником около 6 000 000 св. лет. Из 34 членов этой системы два (туманность Андромеды и наша Галактика) принадлежат к гигантским звездным системам, три (Магеллановы Облака и туманность Треугольника) являются системами промежуточных размеров, а остальные - типичные галактики-карлики.

Трудно сказать, насколько характерно такое сочетание звездных систем для других областей Вселенной. С больших расстояний карликовые галактики просто не видны. Можно все же думать, что карликовых галактик во Вселенной должно быть не меньше, чем гигантских звездных систем.